Geyer石英振蕩器的使用

電子組件的開發(fā)人員經(jīng)常面臨的問題是，應(yīng)該使用石英振蕩器還是石英晶體。必須滿足各種邊界條件，如空間要求，頻率穩(wěn)定性，器件成本和開發(fā)成本。

模擬設(shè)計(jì)的小批量或缺乏容量-使用振蕩器！

使用石英晶體，開發(fā)人員原則上可以建立自己的振蕩器電路。那么，為什么振蕩器經(jīng)常被用作簡單應(yīng)用中的時鐘呢？或者在微控制器已經(jīng)允許使用帶有內(nèi)部有源組件的石英的情況下？其原因不僅在于所需的頻率穩(wěn)定性。在整個溫度范圍內(nèi)定義的響應(yīng)行為和操作可靠性通常更為重要。對于石英，為了使電路與石英相匹配并確保安全運(yùn)行，需要付出一定的努力。在小批量的情況下，節(jié)省增加的開發(fā)工作和使用更昂貴的振蕩器而不是石英是更有利的。當(dāng)使用石英晶體振蕩器時，不需要調(diào)整石英所需的元件。這也節(jié)省了PCB上的空間。振蕩器可隨時獲得，例如尺寸為7.0x5.0mm或更小的SMD設(shè)計(jì)。有關(guān)如何連接外部振蕩器的信息，請參閱微控制器數(shù)據(jù)手冊。

只有在數(shù)量非常大的情況下，當(dāng)振蕩器還沒有存在于電路板上的IC內(nèi)部，并且空間足夠大時，使用單個元件和石英自建振蕩器在經(jīng)濟(jì)上是有意義的。

Geyer石英振蕩器的使用

大批量--石英是最好的選擇！

石英的使用在大批量的情況下具有成本優(yōu)勢。在大多數(shù)情況下，微控制器已經(jīng)包含一個有源元件，允許用一個石英和幾個無源元件配置振蕩器。IC制造商的用戶信息提供了一些電路的基本信息，但往往忽略了重要的細(xì)節(jié)，例如。允許的石英應(yīng)力或石英外圍設(shè)備的適當(dāng)尺寸。

從大約40MHz開始，通常使用泛音石英。這些都需要電路預(yù)防措施來防止基音上的振蕩。應(yīng)特別仔細(xì)地確定帶有泛音石英的電路的尺寸，并檢查其運(yùn)行行為。

這種配置是最常見的。圖2（上圖下一頁）顯示了左圖中的基本配置，它可以用一個簡單的石英晶體管代替逆變器來實(shí)現(xiàn)，以獲得180°的相移和增益。另外180°必須由一個反饋網(wǎng)絡(luò)提供，該網(wǎng)絡(luò)由石英，兩個電容C1和C2以及一個電阻RV組成。因此，總的結(jié)果是360°，與適當(dāng)?shù)脑鲆嬉黄饾M足振動條件。

對于微控制器，通常已經(jīng)包含了這種皮爾斯振蕩器電路的逆變器。

這使得將振蕩器而不是石英連接到OSC1并保持OSC2打開變得非常容易。

電阻RV可以，部分。作為逆變器的輸出阻抗和/或作為集成電阻已經(jīng)包含在微控制器中。這同樣適用于調(diào)節(jié)直流工作點(diǎn)的高阻抗RGK。不幸的是，半導(dǎo)體制造商對此幾乎沒有提供任何信息。

C1，石英，C2和RV構(gòu)成與頻率相關(guān)的反饋網(wǎng)絡(luò)。選擇C1，C2和Rv的方式應(yīng)使石英的總負(fù)載容量合適，同時不超過石英的最大允許負(fù)載。這可以特別調(diào)整與房車。許多處理器制造商已經(jīng)在逆變器輸出端集成了一個電阻，但是，如果數(shù)據(jù)手冊中沒有關(guān)于阻抗和電壓電平的信息，則建議放置一個（額外的）外部電阻。只有在了解逆變器輸出端參數(shù)的情況下，才能獲得最佳的相位和振蕩特性，并避免超過允許的石英負(fù)載。

將C1和C2設(shè)置為相同的大?。ɡ?，分別設(shè)置為負(fù)載容量的兩倍）是沒有意義的。C2對頻率的影響比C1小得多，因?yàn)镃2與RV或RV一起工作。逆變器有效地將輸出阻抗轉(zhuǎn)換為更高的電容值。因此，不可能從電容C1和C2的簡單串聯(lián)公式中確定與指定負(fù)載電容相對應(yīng)的值。最好從一開始就選擇至少大于2-3倍的C2，并將C1設(shè)置為等于或僅略大于規(guī)定的負(fù)載電容。由此產(chǎn)生的C2與C1的比值同時導(dǎo)致逆變器輸出端的低阻抗電平到高阻抗逆變器輸入的合理變換。

微控制理工的微控制機(jī)

如果微控制器的連接器配置為COLPITTS電路（圖3），則原理與皮爾斯石英晶體振蕩器相似：必須特別注意尺寸。

如有必要，這里甚至可以添加額外的組件，例如。與石英串聯(lián)的電容是必要的，以滿足石英負(fù)載電容。請與我們的開發(fā)部門聯(lián)系以確定。

Geyer石英振蕩器的使用

只有一個振蕩器連接器的微控制器

有時微控制器的數(shù)據(jù)手冊顯示石英與電容器串聯(lián)（圖4）。在這種情況下，石英的負(fù)載電容可以通過串聯(lián)電容C1的值來匹配。

應(yīng)始終檢查沖擊儲備

為了檢查電路中的石英是否安全振蕩，一個電阻被手工焊接到石英上。SMD電阻最適合這一目的。即使電阻值比石英的最大諧振電阻高一個預(yù)先設(shè)定的因子X，電路也必須振蕩。這可以在數(shù)據(jù)手冊中找到，并指定為ESRmax或R1max。在整個工作溫度范圍內(nèi)，因子X應(yīng)至少為3，對于特定行業(yè)，更高的值X也是合適的。

圖5：通過手動在石英的一個端子上焊接一個小體積貼片晶振電阻來檢查沖擊儲備。

如果數(shù)量較少，出于經(jīng)濟(jì)原因，建議使用振蕩器而不是石英。振蕩器連接簡單，操作安全。對于較大的數(shù)量，微控制器上較便宜的石英通常用作時鐘。描述了如何選擇和測量所需的外部無源元件的過程。此外，還介紹了一種簡單的測試方法來檢查沖擊儲備。